(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の一実施形態(以下、「実施形態」と略記する。)について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【0015】
(抵抗器の製造方法)
本実施形態の抵抗器の製造方法に関し、図面を用いながら以下、製造工程順に説明する。
【0016】
図1A及び、
図1Bに示す工程では、抵抗体2と、複数の電極板3とを用意する。抵抗体2及び電極板3は、平板状や帯状である。
図1Aに示す実施形態では、抵抗体2及び電極板3は、共に帯状で形成されている。
【0017】
図1A及び、
図1Bに示す工程では、抵抗体2の両側に電極板3を、例えば、レーザ溶接にて接合し接合体1を得る。なお、レーザ溶接は、一例であり、既存の接合方法を用いることができる。
図1Aに示すように、抵抗体2及び電極板3を接合してなる接合体1を帯状に形成することができる。このような接合体1を、ロール状に巻回し、生産ライン上に配置することで、以後の製造工程を自動処理して、本実施形態の抵抗器の製造を量産化することができる。
【0018】
本実施形態では、抵抗体2及び電極板3の厚みを限定するものではないが、例えば、抵抗体2を、数十μm〜数百μm程度の厚みで形成することができる。また、抵抗体2と電極板3は、ほぼ同じ厚みであってもよいし、厚みが異なっていてもよい。
【0019】
また、本実施形態では、抵抗体2及び電極板3の材質を限定するものでなく、既存の材質を用いることができる。例えば、抵抗体2には、銅−ニッケル、ニッケル−クロム等の金属抵抗材料や、絶縁基体の表面に金属皮膜を形成した構成、導電性セラミックス基体等を用いることができる。また、電極板3には、例えば、銅、銀、ニッケル、クロム等や、その複合材等を用いることができる。
【0020】
また、抵抗体2の両側に電極板3を接合する際、
図1Bに示すように、抵抗体2の端面と、電極板3の端面とを突き合わせて接合してもよいし、抵抗体2と電極板3の表面同士を一部重ねて接合してもよい。
【0021】
また、抵抗体2と電極板3とを一体形成してもよい。すなわち、抵抗体2と電極板3とを同じ材質として一枚の金属抵抗板で構成してもよい。或いは、金属抵抗板の電極板3となる領域に、低抵抗の金属材料をメッキ等して、金属抵抗板の表面に電極板3を構成してもよい。
【0022】
次に、
図2A及び、
図2Bに示す工程では、抵抗体2の表面に、未硬化の熱伝導層4を形成する。熱伝導層4は、熱伝導率が高い電気的絶縁性の熱硬化性樹脂であることが好ましい。熱伝導層4には、例えば、エポキシやポリイミド等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
【0023】
未硬化の熱伝導層4は、フィルム状或いはペースト状である。フィルムであれば、未硬化の熱伝導性樹脂フィルムを抵抗体2の表面に貼り合せる。また、ペーストであれば、未硬化の熱伝導性樹脂ペーストを抵抗体2の表面に塗布や印刷する。或いは、インクジェット法を用いて熱伝導層4を形成してもよい。
【0024】
本実施形態では、熱伝導層4の厚みを限定するものではないが、厚みは、完成品としての抵抗器の熱伝導性及び、抵抗体−電極板間の確実な固着化を考慮して任意に決めることができる。例えば、熱伝導層4の厚みは、10μm〜200μm程度であることが好ましい。
【0025】
ここで、「未硬化」とは、完全硬化していない状態のものを指す。より具体的には、硬化反応がほとんど進行しておらず、形成当初と同程度の流動性を有する状態や、購入品であれば出荷状態であって、完全硬化していない状態を指す。「硬化(完全硬化)」とは、分子同士の連結による高分子化の促進により、流動性を失った状態を指す。例えば、熱伝導層4が、熱伝導性樹脂フィルムであるとき、
図2Bに示すように、抵抗体2上に熱伝導層4を配置した後、前処理(仮圧着)を行うが、この場合、前処理した後の状態は、「未硬化」の状態であると定義される。すなわち、前処理では、短時間(例えば、数分程度)の加熱(印加温度以下)を行い、熱伝導層4を抵抗体2に接着(仮圧着)するが、この前処理における加熱後の状態は、依然として「未硬化」の状態である。
【0026】
また、熱伝導層4に、熱伝導性樹脂フィルムを用いた場合、熱伝導層4は、未硬化且つ固化した状態である。「固化」とは固体化した状態である。
【0027】
一方、熱伝導層4に、熱伝導性樹脂ペーストを用いた場合、熱伝導層4は、未硬化で未固化の状態である。「未固化」とは、固体成分の一部、或いは全部が溶媒に分散した状態で、いわゆるスラリーやインクを含む。
【0028】
本実施形態では、
図2Bのように、抵抗体2の表面にのみ熱伝導層4を形成してもよいが、
図2Cに示すように、抵抗体2の表面から電極板3の表面の全域にかけて熱伝導層4を形成してもよい。或いは、図示していないが、抵抗体2の表面から電極板3の表面の一部にかけて熱伝導層4を形成してもよい。又は、後述する製造工程で、電極板3を折り曲げるが、折り曲げ部以外の部分に熱伝導層4を形成することも出来る。すなわち、熱伝導層4を、抵抗体2と電極板3との境界位置を除いて、抵抗体2、及び電極板3の各表面に3分割して設けることも可能である。
【0029】
図2Cに示すように、抵抗体2の表面のみならず、電極板3の表面にも熱伝導層4を形成することで、熱伝導層4の形成を容易化することができる。例えば、熱伝導層4に、熱伝導性樹脂フィルムを用いた場合、
図2Cでは、抵抗体2に対する熱伝導性樹脂フィルムの位置決めが必要なく、抵抗体2及び電極板3を含む大きさの熱伝導性樹脂フィルムを、抵抗体2及び電極板3の表面に貼り合せればよい。或いは、熱伝導層4を熱伝導性樹脂ペーストとした場合、熱伝導層4を、抵抗体2及び電極板3の表面全域に塗布すればよい。このように、抵抗体2の表面のみならず、電極板3の表面にも熱伝導層4を形成することで、製造工程を容易化することができる。
【0030】
次に、未硬化の熱伝導層4を加熱処理し、半硬化させる。ここで、「半硬化」とは、「未硬化」と「完全硬化」の間の硬化状態を指す。半硬化か否かは、硬化度、粘度、熱処理条件等で判断することができる。硬化度は、例えば、示差走査熱量計を用いて測定したときの発熱量から算出される硬化度を用いることができる。半硬化は、更に硬化させる余地を残しつつ、前の状態(未硬化の状態や、半硬化の為の加熱処理前の状態)より硬化を進めた状態であるから、例えば、硬化度で判断する場合、前の状態よりも硬化度が高くなっていれば、半硬化に含まれる。限定されるものではないが、一例を示すと、半硬化は、硬化度が、5%〜70%の状態、或いは、一般的にBステージと呼ばれる状態を指す。また、「完全硬化」したか否かは、硬化度、熱処理条件等で判断することができる。硬化度は、例えば、示差走査熱量計を用いて測定したときの発熱量から算出される硬化度を用いることができる。完全硬化は、硬化度が70%以上、或いは、一般的にCステージと呼ばれる状態を指す。
【0031】
このように、未硬化の熱伝導層4を半硬化させることで、熱伝導層4の流動性を低下させせることができる。
【0032】
本実施形態では、熱伝導層4を半硬化させるための熱処理条件を限定するものではないが、例えば、熱伝導層4に対して、100℃〜250℃程度の印加温度を、5分〜60分程度施すことが好ましい。例えば、完全硬化の条件に対して、印加温度はそのままに、印加時間を、完全硬化の際の印加時間の10%〜50%程度とする。なお、硬化に必要な印加温度及び印加時間は、熱伝導層4の材質にもよるため、例えば、熱伝導層4が購入品であれば、メーカで規定した印加温度及び印加時間に準じて、熱処理を行う。
【0033】
半硬化した熱伝導層4を有する接合体1から
図3Aに示すように、抵抗器中間体10を切り抜く。切り抜かれた抵抗器中間体10の斜視図を
図3Bに示す。
【0034】
図3Aに示す帯状の接合体1を長手方向に送り出しながら、長手方向に沿って、複数の抵抗器中間体10を連続的にプレス機にて切り抜くことができる。これにより、抵抗器中間体10を短時間の間に多く形成でき、量産化を図ることができる。
【0035】
抵抗器中間体10は、外形が矩形状の抵抗体2と、その両側に外形が矩形状の電極板3とを有して構成される。なお、
図3Bに示す抵抗器中間体10の外形は、あくまでも一例である。抵抗器中間体10の外形は、
図3B以外の形状であってもよい。
【0036】
次に、
図4では、抵抗調整のために、抵抗体2に複数の切欠き6を入れて、抵抗体2をミアンダパターンに形成する。切欠き6の長さ、位置、本数に関しては、抵抗体2が所定の抵抗値となるように適宜調節することができる。
図4の工程は、必要に応じて行われる。
【0037】
次に、
図5Aに示すように、電極板3を抵抗体2の熱伝導層4が積層された側に折り曲げる。
図5Aでは、抵抗体2の下面側に熱伝導層4が形成されているので、電極板3を下方に折り曲げている。なお、
図5B及び
図5Cは、いずれも
図5Aの抵抗器11の断面を示しているが、
図5B及び
図5Cの抵抗体2に現れる切欠き6は不図示とした。また、抵抗体2、電極板3及び熱伝導層4の厚み、長さの寸法比について、
図2B及び
図2Cと、
図5B及び
図5Cでは異なるが、互いに誇張して図示しているだけであり、物としては同じものである。
【0038】
図5A及び
図5Bに示すように、折り曲げられた電極板3は、抵抗体2の下方で、熱伝導層4及び第2熱伝導層5を介して対向する。
図5Bは、
図2Bのように、抵抗体2の表面に熱伝導層4を形成した抵抗器中間体10を用いて、電極板3を折り曲げた構成である。したがって、抵抗体2と、折り曲げられた電極板3との間には、熱伝導層4が一層介在する。
【0039】
一方、
図5Cは、
図2Cに示すように、抵抗体2の表面から電極板3の表面にかけて熱伝導層4を形成した抵抗器中間体10を用いて、電極板3を折り曲げた構成である。したがって、抵抗体2と、折り曲げられた電極板3との間には、熱伝導層4が二層介在する。
図5Cでは、電極板3が対向しない抵抗体2の中央部分では、熱伝導層4が一層形成されている。
【0040】
熱伝導層4は半硬化の状態であるため、加熱処理して、熱伝導層4を完全に硬化させる。「完全硬化」については、上述したので、そちらを参照されたい。
【0041】
ここで、熱伝導層4を完全硬化させるための熱処理条件を限定するものではないが、例えば、熱伝導層4に対して、150℃〜250℃程度の加熱温度を、0.5時間〜2時間程度施すことが好ましい。なお、硬化に必要な温度及び時間は、熱伝導層4の材質にもよるため、例えば、熱伝導層4が購入品であれば、メーカで規定した温度及び時間に準じて、硬化条件を規定する。例えば、後述する実験の樹脂では、印加温度を、160℃から200℃程度とし、印加時間を70分から30分程度(印加温度が低いほど印加時間を長くする)として、適宜調節することができる。
【0042】
本実施形態では、折り曲げた電極板3に抵抗体2方向への圧力を加えながら、熱伝導層4を完全に硬化させることが好ましい。すなわち、
図5Bでは、折り曲げた電極板3を熱伝導層4に接触させた状態で圧力を加えつつ、加熱処理して、熱伝導層4を硬化させる。
図5Cでは、折り曲げた電極板3の内側に位置する熱伝導層4を、抵抗体2の下面に位置する熱伝導層4と重ねた状態で圧力を加えつつ、加熱処理して、熱伝導層4を完全に硬化させる。これにより、抵抗体2と電極板3との間を確実に、熱伝導層4を介して接着固定することができる。
【0043】
続いて、
図6Aの工程では、抵抗体2の表面に保護層7をモールド成形する。保護層7は、耐熱性及び電気的絶縁性に優れる材質で形成されることが好ましい。保護層7の材質を限定するものではないが、樹脂、ガラス、無機材等を用いて保護層7をモールド成形することができる。
図6Bや
図6Cに示すように、保護層7は、抵抗体2の表面を覆う表面保護層7aと、抵抗体2の下面側で折り曲げられた電極板3間の空間を埋める底面保護層7bと、を有して構成される。
図6B及び
図6Cに示すように、底面保護層7bと電極板3とは、ほぼ同一底面を形成している。なお、
図6Bは、
図5Bの次の工程を示し、
図6Cは、
図5Cの次の工程を示す。
【0044】
なお、表面保護層7aの表面には、捺印等を施すことができる。
【0045】
次に、
図7A、
図7B及び
図7Cに示すように、電極板3の表面にメッキを施す。メッキ層8の材質を限定するものではないが、メッキ層8を、例えば、Cuメッキ層やNiメッキ層で形成することができる。メッキ層8は、抵抗器11を設置する基材表面への接触面積を広げ、また基材表面に抵抗器11を半田付けした際の電極板3の半田食われを抑制する役割を担う。なお、
図7Bは、
図6Bの次の工程を示し、
図7Cは、
図6Cの次の工程を示す。メッキ工程は必要に応じて行われる。
【0046】
(抵抗器)
以上の製造工程を経て製造された抵抗器11は、
図7Bや
図7Cに示すように、抵抗体2と、抵抗体2の両側に配置され、抵抗体2の下面側に折り曲げられた電極板3と、抵抗体2と電極板3との間に介在する、硬化された熱伝導層4と、を有することを特徴とする。
【0047】
抵抗体2と電極板3との間に介在する熱伝導層4(
図7Cでは、2層の合計厚さ)は、50μm〜150μm程度である。このように、熱伝導層4の厚みを調節することで、抵抗体2から熱伝導層4を介して電極板3へ伝導する放熱性を適切に向上させることができる。また、熱伝導層4の厚さを上記範囲に調節することで、抵抗体2と電極板3間の密着性を向上させることができ、電極板3が熱伝導層4から剥離したり、或いは熱伝導層4にクラックが生じる等の不具合を適切に抑制することができる。
【0048】
本実施形態の抵抗器11の製造方法では、熱伝導層4を半硬化させた後、電極板3を折り曲げて熱伝導層4を硬化させる製造プロセスに特徴的部分がある。
【0049】
このような製造プロセスを経ることで、抵抗体2と電極板3間の熱伝導層4の厚みのばらつきを従来に比べて抑制することができる。すなわち、電極板3を折り曲げて加熱処理した際には、熱伝導層4は未硬化でなく、且つ、完全には硬化していない半硬化の状態である。このため、電極板3を熱伝導層4に接着させつつ、熱伝導層4の流動性に伴う、熱伝導層4の厚みのばらつきを、抵抗体2と電極板3間に位置する熱伝導層全体が未硬化の状態より小さくすることができる。
【0050】
以上のように、本実施形態では、抵抗体2と電極板3間の熱伝導層4の厚みのばらつきを抑制することができることで、抵抗体2と電極板3間の厚みをより均一化でき、放熱性のばらつきを抑制でき、放熱性に優れた抵抗器11を製造することができる。また、抵抗体2と電極板3間の厚みをより均一化できることで、抵抗体2と電極板3間に空隙等が生じるのを抑制でき、接着強度を向上させることができる。
【0051】
また、熱伝導層4には、未硬化で固化した状態のもの、具体的には、熱伝導性樹脂フィルムを用いることが好ましい。
【0052】
熱伝導層4に、未硬化で未固化のもの、具体的には、熱伝導性樹脂ペーストを用いると、塗布した状態で、厚みにばらつきが生じやすい。このため、熱伝導層4に、未硬化で固化した状態の熱伝導性樹脂フィルムを用いることで、抵抗体2と電極板3との間の厚みをより均一になるよう調節することができる。
【0053】
図5A、
図5B及び
図5Cの工程では、折り曲げた電極板3に圧力を加えながら熱伝導層4を硬化させることが好適である。これにより、電極板3を確実に接着することができる。
【実施例】
【0054】
以下、本発明の効果を明確に行った実施例をもとに本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【0055】
実験では、以下の樹脂を用い、示差走査型熱量計(DSC)により、熱分析を行った。
【0056】
[樹脂]
ポリイミド・エポキシ樹脂
[示差走査型熱量計]
株式会社リガク製のDSC8231
【0057】
まず実験では、昇温速度を10℃/minとしたときに得られるDSC曲線及びDDSC曲線を得た。
【0058】
図8に示すように、硬化開始温度は、150℃で、硬化終了温度が220℃で、230℃以降は燃焼反応に移行することがわかった。
【0059】
この実験結果により、印加温度は、160℃〜220℃の範囲であるとした。
【0060】
次に、170℃で固定して、保持時間による硬化開始温度と、硬化終了温度とをDSC曲線から求めた。そのときの実験結果が
図9に示されている。
【0061】
図9に示すように、硬化開始が約42分後、硬化終了が約61分後であることがわかった。
【0062】
上記の実験結果より、上記樹脂を用いたときの硬化条件は、170℃で60分程度であることがわかった。ちなみに、この硬化条件は樹脂のメーカが推奨する硬化条件とも一致した。
【0063】
硬化条件が170℃で60分であるため、
図8の温度範囲で考えると、160℃で70分、170℃で60分、180℃で50分、190℃で40分、200℃で30分程度が硬化条件に該当するものと考えられる。
【0064】
なお、半硬化条件としては、温度を上記と同じとし、印加時間を10%〜50%程度とすればよいと考えられる。よって、170℃の温度を印加する場合は、印加時間を6分〜30分程度とする。